为了改善硬质合金的硬度、耐磨性,制备了一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板。采用TiC硬质合金和中碳钢板材、具有珠光体组织的碳钢粉末为原料,TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板界面上有一断续的过渡层,层厚约10μm,层内为纳米晶,该层组成相主要为铁素体、少量奥氏体和TiC。在近界面钢一侧可以看到明显的流线状组织特征,该区原铁素体转变成板条状马氏体,珠光体层片间距减小,呈流线分布。所制得的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的TiC硬质合金/碳钢复合板提供一种新的生产工艺。
A TiC Cemented Carbide/Carbon Steel Explosive Welding Composite Plate
In order to improve the hardness and wear resistance of cemented carbide, a TiC cemented carbide/carbon steel explosive welding composite plate was prepared. Using TiC cemented carbide and medium carbon steel plate, carbon steel powder with pearlite structure as raw materials, TiC cemented carbide/carbon steel explosive welding composite plate, TiC cemented carbide/carbon steel explosive welding composite plate interface has a discontinuous transition layer, the thickness of the layer is about 10 um, the layer is nanocrystalline, the main phase of the layer is ferrite, a small amount of austenite and TiC. On the side of the steel near the interface, obvious streamlined structure can be seen. In this area, the ferrite transforms into lath martensite, and the pearlite lamellar spacing decreases, showing streamline distribution. The hardness, densification degree and bending strength of TiC cemented carbide/carbon steel explosively welded composite plate have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance TiC cemented carbide/carbon steel composite plate.
【技术实现步骤摘要】
一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料,尤其涉及一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板。
技术介绍
硬质合金是由1种或多种高硬度、高模量的间隙化合物(通常是WC与过渡金属Fe、Co、Ni或其合金)组成的复合材料,WC-Co硬质合金以其硬度高、红硬性高、抗压强度高、耐磨性好,耐蚀性与抗氧化性良好,广泛应用于切削刀具、矿用工具、模具、量具、耐磨零件以及机械密封等工业领域,被称为“现代工业的牙齿”。硬质合金属于脆性材料,硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。TiC浅灰色,立方晶系,不溶于水,具有很高的化学稳定性,与盐酸、硫酸几乎不起化学反应,但能够溶解于王水,硝酸,以及氢氟酸中,还溶于碱性氧化物的溶液中。TiC是具有金属光泽的铁灰色晶体,属于NaCl型面心立方结构,晶格常数为0.4329nm,空间群为Fm3m,在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,TiC原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度,硬度仅次于金刚石,有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。因此,TiC被广泛用于制造金属陶瓷,耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件,用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性,设计了一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备原料包括:TiC硬质合金和中碳钢板材,具有珠光体组织的碳钢粉末。TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备步骤为:中碳钢做基板,TiC做复板。复板和基板间隔一定距离,复板上铺设炸药,采用一端起爆法,焊接而成。从焊接后的复合板上沿爆轰方向且垂直于焊接界面切取块状试样和0.3mm的薄片。TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的检测步骤为:界面显微组织采用扫描电镜观察,元素分布采用X射线能谱仪分析,采用透射电镜观察界面显微组织以及进行相结构分析。所述的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板界面上有一断续的过渡层,层厚约10μm,层内为纳米晶,该层组成相主要为铁素体、少量奥氏体和TiC。所述的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,两种材料的组成元素在界面附近发生了互扩散,跨越界面扩散最明显的元素为Ti,向钢一侧的扩散距离约15μm。所述的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,在近界面钢一侧可以看到明显的流线状组织特征,该区原铁素体转变成板条状马氏体,珠光体层片间距减小,呈流线分布。本专利技术的有益效果是:采用TiC硬质合金和中碳钢板材、具有珠光体组织的碳钢粉末为原料,经过一端起爆法成功制备了具有优异力学性能的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板。其中,焊接复合板性能得到提升的原因表现为在复合板的焊接界面形成一层过渡层,该过渡层能够很好的连接基体与复合板。所制得的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的TiC硬质合金/碳钢复合板提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1:TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备原料包括:TiC硬质合金和中碳钢板材,具有珠光体组织的碳钢粉末。TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备步骤为:中碳钢做基板,TiC做复板。复板和基板间隔一定距离,复板上铺设炸药,焊接而成。从焊接后的复合板上沿爆轰方向且垂直于焊接界面切取块状试样和0.28mm的薄片。TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的检测步骤为:元素分布采用X射线能谱仪分析,界面显微组织采用扫描电镜观察,采用透射电镜观察界面显微组织以及进行相结构分析。实施案例2:TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合界面平直,偶尔可见微小的波状起伏,最高的波峰约9.88μm,在波峰的钢侧可以看到流线状变形特征。高倍下观察可以更清楚地看到界面上有断续的不同于两侧组织特征的微区。该区域范围较小,最长在110ptm之内,最厚也不过10.05μm,不同微区的成分大致相同,主要为Fe,其次为C,Ti,Cr。界面上除断续过渡区外,多为TiC硬质合金和碳钢的直接结合面。实施案例3:扩散的主要元素为Ti,Ti元素跨过界面向钢侧的平均扩散距离为14.5μm。碳元素在界面钢侧附近有一定程度的富集,而Cr元素则在界面硬质合金侧有一定程度的富集。Ti元素跨过界面向钢侧的扩散距离大于l0.45μm,与此相应,在此区域显示Fe含量的曲线明显下降。实施案例4:界面过渡区由纳米晶和微晶组成,球形TiC颗粒以及粘结相;两白线之间为邻接TiC硬质合金的界面过渡区,该区中晶粒很小,约为45nm。钢板一侧的晶粒有所长大,达到了微米量级,而过渡区中晶粒位错密度很高。衍射环都对应着体心立方α-Fe相的衍射晶面;还有较弱的环对应着面心立方γ-Fe相,过渡区由铁素体、少量奥氏体和TiC组成。从品粒微小以及存在少量了γ-Fe相可以说明,该区冷速极快。SEM下看到的直接结合面在TEM下可见结合面上也有一层纳米晶,只是因为它更薄,光镜不易分辨。实施案例5:对TiC硬质合金侧的观察表明,邻近界面的TiC颗粒内有较高密度的位错,并且有眶晶特征,TiC颗粒之问的粘结相显示出微晶特征;对TiC与粘结相做选区电子衍射以及指数标定。带有脚标t的指数为碳化钛的衍射斑点,从衍射斑点的规则整齐程度可以看出,TiC晶粒上虽有业晶块,但是取向没有变化。无脚标的指数为粘结相中相的衍射斑点,从衍射斑点具有环状特征可以看出,粘结材料中的微小晶粒取向杂乱。该珠光体为α相和M23C6型碳化物组成的两相混合物。对钢板一侧的观察表明,从界面剑钢侧的正常组织间经过以下组织变化:α相已回复再结晶一与界面近似平行的板条α相和流线状珠光体一粗大的铁素体以及珠光体组织。对各区的电子衍射花样标定证明,近界面的板条α相具有体心四方晶格,此处的α相具有马氏体的特征,珠光体中层片状碳化物是Fe3C。远界面的铁素体具有体心立方晶格,珠光体为α铁和Fe3C的两相混合物实施案例6:界面上断续的过渡区实际上是存在着高密度位错的微细晶粒区,该区的形成原因,主要有两种解释,一是解释是说复板逐点碰撞基板,两种材料表层在极大的冲击力作用下快速强烈塑性变形,不仅使得材料位错密度极大增殖,点阵畸变以至于晶粒破碎,而且高速碰撞和流变产生的热量会使得表层局部熔化,又在激冷的条件下形成薄层细晶区。第二种解释是说射流冻结说由于覆板在炸药爆轰的驱动下逐点的倾斜碰撞基板,不仅在基、复板上形成冲击波,同时,碰撞点发生瞬间绝热剪切形成射流,射流粒子大部分被排出系统之外,少部分被接着来的碰撞所捕捉,被挤压在两板之间,由于常温的板材冷速极快,射流微粒子被“冻结”保存下来,形成断续的薄层细晶区。第二种解释的核心是射流微粒子被下一个碰撞点的来流捕捉到并被速冷在两板之间,如此说来细晶区会有两金属板的氧化物或着外来夹杂物,并且还会有回流产生的旋转特征,即形成前涡或者后涡。从本实验结果可知,TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合界面比较平直,无前涡和后涡;同时细晶区晶粒位错密度较高,而且未发现其它夹杂物,从而说明细晶区的产生更符合第一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备原料包括:TiC硬质合金和中碳钢板材,具有珠光体组织的碳钢粉末。
【技术特征摘要】
1.一种TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备原料包括:TiC硬质合金和中碳钢板材,具有珠光体组织的碳钢粉末。2.根据权利要求1所述的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,其特征是TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的制备步骤为:中碳钢做基板,TiC做复板,复板和基板间隔一定距离,复板上铺设炸药,采用一端起爆法,焊接而成,从焊接后的复合板上沿爆轰方向且垂直于焊接界面切取块状试样和0.3mm的薄片。3.根据权利要求1所述的TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板,其特征是TiC硬质合金/碳钢爆炸焊接复合板的检测步骤为:界面显微组织采用扫描电镜观察,元素分布采用X射线能谱仪分析,采用透...
【专利技术属性】
技术研发人员:王艺霖,
申请(专利权)人:王艺霖,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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